Пятна на Марсе

Пятна на Марсе

Когда оптические инструменты позволили астрономам различать детали на поверхности Марса, уже была хорошо известна продолжительность марсианского года – 687 земных дней. Но оставался открытым вопрос о скорости вращения красной планеты вокруг собственной оси, то есть о продолжительности марсианских суток. Чтобы определить их, необходимо было выявить на Марсе некую заметную деталь и засечь время между ее первым и вторым наблюдениями.

Еще Галилео Галилей, итальянский профессор математики, на своем примитивном телескопе проводил в 1610 году наблюдения Марса и установил, что красная планета имеет такие же фазы, как Луна и Венера.

Интересная деталь. В те времена открытие, которое требовало подтверждения в ходе дальнейших продолжительных наблюдений, шифровали анаграммами (перестановкой букв в послании, при котором утрачивается исходный смысл), чтобы позднее можно было восстановить и отстоять приоритет. По результатам очередной серии наблюдений планет Галилей составил такую анаграмму: «s m a i s m r m i l m e p o e t a l e u m i b u n e n u g t t a u i r a s». Иоганн Кеплер, получивший эту шифровку в Праге, тут же поспешил поздравить ученого с обнаружением двух спутников Марса. Дело в том, что великий математик после открытия четырех спутников Юпитера (сделанного тем же Галилеем в январе 1610 года) решил, что существует определенная зависимость («пропорция») в распределении спутников у планет по Солнечной системе. От практиков он ждал подтверждения своей гипотезе, то есть открытия одного спутника у Венеры, двух спутников – у Марса и шести или восьми спутников – у Сатурна. Однако Кеплер ошибся не только в своем предположении, но и в расшифровке анаграммы. На самом деле послание имело отношение не к Марсу, а к Сатурну и звучало так: «Altissimum planetam tergeminum observavi» («Высочайшую планету тройною наблюдал»). Кстати, объяснение этому странному наблюдению дали только через полстолетия, когда нидерландский ученый Христиан Гюйгенс открыл у Сатурна кольца.

Но вернемся к Марсу. Честь называться первым, кто различил детали на красной планете, видимые как темные пятна, принадлежит неаполитанскому адвокату Франческо Фонтане, увлекавшемуся любительской астрономией. Работая с собственноручно построенным телескопом, Фонтана в 1636 году зарисовал диск Марса, на котором мы видим темное пятно, названное астрономом «черной пилюлей». Сегодня никто не осмелился бы подставить под сомнение приоритет Фонтаны, однако он зарисовал такую же «пилюлю» и для Венеры, что говорит не об открытии, а о дефекте прибора.

Двумя годами позже, 24 августа 1638, Фонтана сделал еще один рисунок Марса. На этом рисунке тоже есть «пилюля», но и еще одно – астроном изобразил диск неполным, что стало первой зарисовкой фаз Марса, открытых Галилеем.

Наблюдения Фонтаны кажутся примитивными, но не следует забывать, что Марс – вообще очень трудная для наблюдений планета. Его размеры невелики (половина Земли), он в 140 раз дальше от Земли, чем Луна, и разглядеть детали на его поверхности представляется непростой задачей. В любом случае, рисунки астронома-любителя открывают первый этап в истории планомерного изучения Марса, который продолжался до 1830 года.

Следующим в эту историю попытался войти неаполитанский иезуит отец Бартоли. Во время наблюдения 24 декабря 1644 года он описал два темных пятна в нижней части диска красной планеты. Аналогичные описания были сделаны и другими итальянскими астрономами: например, в июле и августе 1655 года, в год Великого противостояния Марса (противостояние, во время которого Марс находится в перигелии, то есть ближе всего к Солнцу и Земле; случается раз в 15–17 лет, преимущественно в августе).

Так или иначе, приоритет первого астронома, заметившего видимую деталь поверхности Марса, достался вышеупомянутому Христиану Гюйгенсу. С помощью нового телескопа, в котором он применил составной окуляр собственного изобретения, Гюйгенс совершил ряд выдающихся астрономических открытий. 28 ноября 1659 года, когда Марс находился вблизи очередного противостояния, астроном направил на него свою трубу и сделал зарисовку V-образного темного пятна. На современных картах это гористое плато, оказавшееся действительно самой темной областью Марса, называется Большим Сиртом (Syrtis Major) в честь средиземноморского залива у побережья Ливии (современное название – залив Сидра), однако во времена Гюйгенса его именовали Морем Песочных Часов (Mer du Sablier), поскольку его заостренная к северу форма напоминает песочные часы.

Сделав это выдающееся открытие, Гюйгенс пошел дальше. Он зафиксировал момент положения пятна и проследил его новые появления в поле зрения земного наблюдателя. 1 декабря он сделал в своем рабочем журнале важную запись: «Вращение Марса подобно Земле и имеет период около 24 часов». Позднее более точные измерения показали, что продолжительность суток на Марсе точно равна 24 часам 37 минутам 22 секундам. Во времена полетов космических аппаратов этот период получил название «сол» («sol») – во избежание путаницы с земными сутками. Марсианский год состоит из 669 солов. На Марсе северное лето (и южная зима) продолжается 178 солов, а северная зима (и южное лето) – 154 сола.

Марсом занимался и другой знаменитый современник Гюйгенса – Джованни Кассини, первый директор Парижской обсерватории. В марте 1666 года он изучал красную планету, хотя это был не самый подходящий период – при том противостоянии Марс находился в афелии (то есть на максимальном удалении от Солнца). Рисунки Кассини довольно примитивны, а открытые им пятна (он изобразил их в виде гири) не получили подтверждения в ходе дальнейших наблюдений Марса. И тем не менее независимо от Гюйгенса французский астроном сумел установить суточное вращение Марса куда точнее – он определил продолжительность сола в 24 часа 40 минут.

Два важных открытия были сделаны в период Великого противостояния в сентябре 1672 года. Гюйгенс вновь зарисовал Большой Сирт и яркую южную полярную шапку. В то же время Кассини измерил параллакс Марса и определил точное расстояние красной планеты от Солнца.

В XVIII веке европейская астрономия бурно развивалась, однако исследования Марса отошли на второй план. Астрономы обнаруживали новые большие и малые пятна, но чаще всего их зарисовки оказывались иллюзией, порожденной несовершенством оптической техники. Современные историки науки даже называют три первые четверти XVIII века «темными временами» в изучении Марса, однако нельзя не упомянуть, например, об интересных зарисовках, которые оставил Джиакомо Филиппо Маральди, племянник Кассини-старшего. По итогам наблюдений Великих противостояний 1704 и 1719 годов он составил фактически первую карту Марса, изобразив и Большой Сирт, и некоторые другие темные области, идентифицируемые сегодня. Однако сам Маральди свои эскизы картой не считал, и более того – ему показалось, что пятна на Марсе непостоянны, меняются со временем, а потому являются не элементами поверхности, а облаками. Другим примечательным наблюдением Маральди стало изучение полярных шапок. Он четко зафиксировал, что белое пятно вокруг южного полюса всегда больше и ярче белого пятна у северного полюса. Кроме того, в течение августа-сентября 1719 года он заметил постепенное сокращение и исчезновение южной полярной шапки. Напрашивалась аналогия с таянием земного снега, но Маральди не рискнул сделать обобщение.

Новую волну интереса «созерцателей неба» к Марсу породил англичанин немецкого происхождения Уильям Гершель (Фредерик Вильгельм Гершель), основоположник звездной астрономии и первооткрыватель планеты Уран (которую он, кстати, назвал Светилом Георга в честь короля Георга III, назначившего ученому пожизненную стипендию для занятий астрономией).

В 1784 году, после шести лет кропотливых наблюдений, Гершель объявил, что полярные шапки Марса испытывают значительные изменения: они поочередно растут и убывают, причем этот процесс напрямую связан с временами года. К примеру, когда в северном полушарии Марса бывает зима, северная шапка имеет наибольшие размеры. С наступлением весны она начинает уменьшаться, а летом это уменьшение идет особенно интенсивно. Параллельно южная шапка растет, поскольку в этом полушарии наступает зимний период.

Вывод Гершеля звучал однозначно. Марс, как и Земля, находится довольно близко к Солнцу. Продолжительность суток Марса близка к продолжительности суток на Земле. На Марсе имеются полярные шапки, как и на Земле. На Марсе имеются времена года, как и на Земле. На Марсе заметны климатические изменения, как и на Земле. Следовательно, Марс больше других планет Солнечной системы похож на Землю.

Гершель не сделал следующий шаг и не попытался представить себе гипотетических обитателей красной планеты. Вместо этого он осторожно записал: «Жители Марса, вероятно, обитают в мире, во многих отношениях подобном нашему».

На этом убеждении будет держаться наука о Марсе в течение всего XIX и первой половины ХХ веков.